问题 问答题

阅读以下关于某平安城市工程视频监控系统架构的叙述,根据要求回答问题。
[说明]
某城市为满足治安管理、城市管理、交通管理和应急指挥等需求,决定在城市的所有进出路口、客货运场所、主要道路路口、重要公共场所、商业密集区域,以及治安案件高发区等地进行视频监控,并通过网络建立完善的社会治安视频监控系统,即实施“平安城市工程”,实现视频监控信息资源的整合与共享。
平安城市工程的网络接入如图1所示。所有监控点的摄像机通过运营商提供的线路接入平安城市网络,公安局的监控体系有三级结构,分别为市局、分局和派出所监控中心。运营商传输网络负责所有视频监控信号的传输、存储和转发,由传输设备、网络设备和存储设备等构成。
平安城市工程规范中规定,实时调阅视频流从采集至播放的时间延迟不得大于1s。
图1


[问题1]
图2为某派出所与其管辖的一个监控点之间的设备连接图,表1为图中各设备产生的延迟情况。其中,核心交换机3号插槽上安装8端口GBIC千兆以太网模块WS-X6408A(8 port GIGABITETHERNET),用于与各行政区汇聚交换机互连;核心交换机4号插槽上安装16端口GBIC千兆以太网模块WS-6516-GBIC(16 port GIGABIT ETHERNET),负责连接平安城市工程中所有的流媒体服务器、存储服务器等设备,端口1和端口2连接两台流媒体服务器,端口3和端口4连接两台存储服务器。
请计算该派出所与其管辖的一个监控点的实时视频调阅延迟,并指出是否符合平安城市工程规范。若符合规范,请简要说明理由;若不符合规范,在不改变编解码器和流媒体服务器产品的情况下,请给出可能的优化方案。
图2
[*]

表1各设备延迟情况
序号 设备 延迟原因 延迟时间(ms)
1 编码器 视频信号模数转换延时 350
2 接入交换机 数据帧转发延时 30
3 汇聚交换机 数据帧转发延时 30
4 核心交换机 数据帧模块间转发延时 10
5 核心交换机 数据帧模块内端口间转发延时 5
6 流媒体服务器 视频流处理及转发延时 80
7 存储服务器 视频存储延时 250
8 存储服务器 视频调阅转发延时 100
9 解码器 视频信号数模转换延时 350
10 各线路 信号传输延时 0(忽略不计)

答案

参考答案:依题意,基于图2所示的视频监控设备连接图和表1所示的各种设备产生的延迟参数可以做出如下分析,当某派出所的控制计算机发出调阅其管辖的某个监控点实时视频的指令后,该调阅指令将被流媒体服务器接收并进行相关处理,流媒体服务器将向所指定监控点的摄像机发出采集视频流的操作命令;摄像机所采集的模拟视频流信号经编码器进行模/数(A/D)转换并封装成相应的以太数据帧送入视频监控网络的接入层交换机(约延迟350ms),之后该视频流数据帧将经过接入层交换机和汇聚层交换机的转发(分别延迟了30ms和30ms),将到达核心交换机3号插槽光纤接口模块;由于流媒体服务器是连接在核心交换机4号插槽的端口1和端口2,因此该视频流数据帧从3号插槽光纤接口模块转发到4号插槽千兆以太接口模块时,将有10ms延迟时间;该视频流数据帧经流媒体服务器进行相关处理后(约延迟80ms),将由4号插槽的端口1(或端口2)转发给连接在端口3(或端口4)的存储服务器进行数据存储操作,这一过程存在有数据帧模块内端口间5ms转发延时和250ms视频存储延迟时间;当从存储服务器调阅相应的视频流数据时(约延迟100ms),该视频流数据帧将从4号插槽的端口3(或端口4)转发到3号插槽光纤接口模块(约延迟10ms),然后分别经汇聚层交换机和接入层交换机转发后(分别延迟了30ms和30ms),送至解码器进行数据帧的拆封并通过数/模(D/A)转换形成监视器可接收的模拟视频流信号(约延迟350ms)。以上分析过程中,各设备延迟情况的示意图如图3所示。因此某派出所与其管辖的一个监控点的实时视频调阅延迟t=350+30+30+10+80+5+250+100+10+30+30+350=1275ms=1.275s。
图3


由于平安城市工程规范中规定,实时调阅视频流从采集至播放的时间延迟不得大于1s,由于1.275s>1.0s,因此图2所产生的实时视频调阅延迟不符合平安城市工程规范。若不能改变编/解码器和流媒体服务器产品,即保留实时视频调阅延迟t中350ms、80ms和350ms 3个参数的情况下,则可以从优化其他转发延时参数入手进行分析,在不考虑经费限制的情况下,可能的优化方案如下。
(1)改进流媒体服务器视频流处理软件的工作模式,即当视频流数据帧经流媒体服务器进行相关处理后,采取并发(或并行)或组播的工作模式将处理后的数据帧一路送至存储服务器进行数据存储操作,同时另一路数据帧直接送至核心交换机的相应输出端口。采取这一优化措施,可能节省约350ms转发延时(即节省250ms视频存储延迟时间和100ms视频调阅转发延时)。
(2)将核心交换机4号插槽的GBIC干兆以太网模块升级(或更换)成至少拥有4个千兆光纤接口和16个千兆以太端口的模块,由这4个干兆光纤接口分别连接图2中的两台汇聚交换机。若4号插槽中有空余的千兆光纤接口,则可将两台汇聚交换机上连光纤由原来插接在3号插槽变更为插接在4号插槽。采取这一优化措施,将节省10ms转发延时,即节省图2中两次的核心交换机数据帧模块间的10ms转发延时,但同时也引入了两次的数据帧模块内端口间的5ms转发延时。
(3)在光纤传输距离允许且汇聚交换机有多余光纤接口的情况下,可将编码器和解码器直接连接至各自的汇聚交换机。采取这一优化措施,若编/解码器均直接上连至汇聚交换机,则将节省60ms转发延时;若只将一侧的编码器(或解码器)直接上连至汇聚交换机,则将节省30ms转发延时。
(4)优化存储服务器对视频流存储和调阅转发的处理机制(例如,采用RAID10或RAID0技术,把连续的数据分散到多个磁盘上存取),或者升级存储服务器的相关硬件(如CPU、内存和硬盘等),再或者更换成具有更高数据存取性能的存储服务器产品,从而减少视频流存储延时和调阅转发延时。

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